發電機進相運行對發電機變壓器保護的影響研究

袁業

摘要：目前，我國已基本完成了大容量、高電壓、遠距離的現代化電網體系建設。當系統負荷保持較低水平時電力系統中的感性無功過剩，將導致電網系統整體電壓上升，嚴重的可能達到運行電壓上限水平。這不僅會使輸送電能質量降低，也會帶來一定的安全隱患。為此，研究發電機變壓器保護機制有著極為現實的意義。本文就發電機變壓器保護受到的發電機進相運行的影響進行分析，以供參考。

關鍵詞：發電機;進相運行;變壓器保護

近年來國家加快了大容量、超高壓、遠距離的電網建設。不同地區發展水平存在明顯的差異，導致電力需求也存在明顯的差異。基于這一原因電力系統若處于低谷運行時電壓容易升高。這一點在電力樞紐點最為明顯，也容易導致發電機變壓器受到損傷。就預防措施來講，發電機進相運行具有不少優點，包括成本低、調壓平滑、使用簡便等，因而在電網系統中得到了大量的應用。

1、發電機進相運行的概述

發電機在正常工作時，不僅會提供有功功率，也提供無功功率。遲相運行即所謂的滯相運行，是指定子電流滯后于端電壓一個角度的狀態[1]。進相運行是指一種狀態，如果勵磁電流逐步變小，發電機會出現明顯變化，從為系統提供無功功率改為從系統中吸收無功功率，同時，定子電流從滯后改為超前發電機端電壓一個角度。發電機組從遲相運行轉變為進相運行，在此過程中功率逐步變大，勵磁電壓、電流會相應變小。無論發電機處于何種狀態（進相運行或滯相運行），發電機組三相電流與電壓都是對稱的，二者間幅值以及大小沒有更改，負序與零序分量較為輕微。若發電機組有短路問題發生，電流會迅速變大，電壓也變得不穩定，此時就會形成負序與零序分量。

2、發電機進相運行對變壓器的保護分類與保護措施

2.1保護分類

（1）單一反應定子側電流量保護。根據“同滯相”的進相特點進行分析，保護類型除了發電機差動、變電阻差動、變壓器差動以外，還包括非全相保護、過電流保護、不對稱過負荷、對稱過負荷等。以上對應的常見故障主要是會形成較大差動電流，可見電流增加顯著，包括正序電流、零序電流、負向電流、負序/零序電流[2]。

（2）反應頻率或頻率與電壓關系的保護。當發動機處于進相運行狀態時其頻率是固定的，系統保持穩定，此種背景下高頻保護與低頻保護均不會受到發電機進相運行的干擾。從過激磁保護的層面分析，U/f可以用于表示感應電壓和頻率二者間的關系，它們很難受到發電機進相運行的干擾。

（3）單一反應定子側電壓量保護。根據“同滯相”的進相特點可以發現，將保護的類型主要劃分為三種，除了定子接地保護（95%、100%）外，還包括匝間保護、發電機過電壓保護。

這些故障特點分別是中性點周邊發生接地故障、基波電流出現、縱向基波零序電壓增加。

（4）非電量保護和正常運行時退出的保護。通常它們都不會被發電機進相運行所干擾。其中，涉及到瓦斯保護、啟停爐保護，也包括突加電壓保護、升溫保護。

（5）反應感受阻抗保護。大量實踐顯示，低阻抗、失磁和失步保護屬于發電機進相運行過程中三大影響因素[3]。當發電機從滯相運行狀態轉變為進相運行時，在此過程中繼電器感受抗阻將從Z進入Z’，這一過程用時非常短，特別是系統短路的時候，感受阻抗將在剎那間進入Zd區域。不過此過程僅僅是反映短路部位與保護安裝部位間的阻抗，和正常運行條件下的工況無關聯。另外，主變壓器高壓側對阻抗保護的實現給予了極大的支持，這說明它屬于變壓器機組與發電機組的備用保護措施。它的設定是當阻抗相位發生更改時幅值不會有所波動。

（6）失步保護。該措施主要適用于大型發電機組，若系統出現失步，并威脅到整個機組或系統的安全時，就會出現跳閘或信號警報等動作。

（7）失磁保護。判斷發電機失磁保護的依據包括兩個，一是判斷轉子低壓，測量勵磁電壓再評估分析其是否比動作數值小。二是分析傳統低阻抗，通過檢測空載狀態下勵磁電壓大小算出磁路飽和，同時，需要將相關物理量改變引發的影響考慮進來，包括同步電阻、系統電壓等物理量，最終獲得更為準確的數據。這樣能有效防止因為數值模擬方面的誤差所引起的誤動作。就失磁保護的阻抗圓來說，主要類型包括異步圓、靜穩邊界圓、蘋果圓。其中，蘋果圓是介于前兩種圓之間的一種圓。當發電機出現低勵或失磁等問題后，通常是先經過靜穩邊界，之后進入異步運行狀態。由此可見，異步圓的靈敏性要弱于靜穩邊界圓。對于靜穩邊界圓來說，存在第一、二象限的動作區，當處于進相運行狀態時，如果進相比較深則可能出現誤動。引發保護誤動作的原因常見的是在系統振蕩、進相過深的時候，三相不平衡、機組特性差異等因素導致的。基于此，通常選擇的處理辦法就是異步圓跳閘，能夠盡量避免在進相運行的過程中不會出現實質性的誤操作。

2.2保護措施

為了最大限度消除發電機進相運行對變壓器保護所產生的影響，重點是如何解決系統低谷運行條件下無用功過多的問題。為此，可采取三種措施。一是關于長距離高壓線路傳輸措施。對變壓器保護造成威脅的物理因素主要是高電壓、長距離、大容量的線路。為吸收過多的無功，一般可使用串/并聯電阻器，，以使整個線路電壓下降。二是利用電力負荷中心的調相措施。通過電力負荷中心配備的調相機設備，用于為此系統所需的電壓標準要求。此法存在一定的局限性，設備需安裝在較大的場地上，成本較高，而且安全性也不高。如果調相機有故障發生，整個電網將處于無保護狀態，因此，不適宜大范圍使用。三是采用發電機組吸收過剩無功。發電機表現為無功負荷為負的狀態屬于進相運行過程中的主要特點。為了讓發電機組吸收系統中多余的無功，一般可將勵磁系統輸入量進行更改，從而消解整個電網中的電勢。此法具有操作容易、成本小、安全可靠等優點，也是當前常用的方式。

3、結語

總之，通過分析發電機進相運行對發電機變壓器所造成的影響后應采取有效的措施來保護變壓器，確保電網的安全穩定運行。

參考文獻

[1]張偉.小議發電機進相運行對發電機變壓器的影響[J].電工技術，2016，（4）：86-87.

[2]梁東昇.淺析發電機進相運行對變壓器保護的影響[J].發明與創新.大科技，2018，（8）：28，30.

[3]孫利峰.淺析發電機進相運行對變壓器保護的影響[J].電子樂園，2020，（7）：163-163.